熱得快電熱絲的顯微斷口形貌分析

●張 輝

(武警學(xué)院消防工程系，河北廊坊 065000)

熱得快是一種浸入式液體加熱器，主要由電熱管、電源線(xiàn)和插頭組成。由于熱得快使用方便，價(jià)格低廉，因此得到了廣泛應(yīng)用。然而，由于操作使用不當(dāng)，尤其是通電干燒，以及產(chǎn)品質(zhì)量問(wèn)題等原因，由熱得快引起的火災(zāi)時(shí)有發(fā)生［1］，給公共安全和社會(huì)穩(wěn)定造成了嚴(yán)重危害。熱得快火災(zāi)事故的調(diào)查，其關(guān)鍵問(wèn)題是能否通過(guò)火災(zāi)殘留物，判定火災(zāi)發(fā)生之前熱得快處于通電狀態(tài)［2］。對(duì)于熱得快火災(zāi)痕跡物證的技術(shù)鑒定方法主要是金相分析法(GB 16840.4－1997)，該標(biāo)準(zhǔn)只能通過(guò)電源線(xiàn)的熔痕性質(zhì)，間接判定火災(zāi)發(fā)生之前熱得快是否處于通電狀態(tài)，沒(méi)有涉及主要部件電熱絲的鑒定，因此存在局限性［3］。目前，對(duì)于熱得快火災(zāi)痕跡物證的技術(shù)鑒定方法雖有一些研究，但主要集中在電熱管管壁和電熱絲的金相組織、表面形貌、表面成分等方面［4－5］。本文利用掃描電子顯微鏡，對(duì)熱得快正常使用、通電干燒以及正常使用和通電干燒后受火災(zāi)作用4種狀態(tài)下，電熱絲的顯微斷口形貌進(jìn)行對(duì)比分析，根據(jù)顯微斷口形貌特征，判定熱得快在火災(zāi)發(fā)生之前是否處于通電干燒狀態(tài)，并應(yīng)用于實(shí)際火災(zāi)物證鑒定工作中，從而為此類(lèi)火災(zāi)事故的認(rèn)定提供證據(jù)。

1 實(shí)驗(yàn)材料及方法

實(shí)驗(yàn)材料:某廠(chǎng)生產(chǎn)的熱得快(電熱絲為Fe－Cr－Al電熱合金絲)，額定電壓220V，額定功率700W。實(shí)驗(yàn)方法為:(1)模擬正常使用狀態(tài)。用10個(gè)新的熱得快，分別插入盛滿(mǎn)水的8磅熱水瓶中，每次通電至水開(kāi)，累計(jì)通電使用時(shí)間為30h，編號(hào)待用。(2)模擬通電干燒狀態(tài)。熱得快火災(zāi)事故通常是在通電狀態(tài)下直接接觸可燃物，或?qū)⑺疅珊罄^續(xù)通電引發(fā)的。在通電狀態(tài)下，熱得快直接接觸可燃物至起火的時(shí)間一般不超過(guò)2min。因此，用10個(gè)新的熱得快，分別置于木板上，通電干燒2min后斷電，編號(hào)待用。(3)模擬火災(zāi)作用狀態(tài)。熱得快引起火災(zāi)后，必然要經(jīng)歷火災(zāi)的作用。為了考察火場(chǎng)溫度對(duì)電熱絲顯微斷口形貌的影響，將正常使用、通電干燒后的熱得快分別置于800℃的加熱爐中加熱30min，編號(hào)待用。(4)在上述不同實(shí)驗(yàn)條件下的電熱管中部截取一段長(zhǎng)10cm的電熱絲，用WAW－1000微機(jī)控制電液伺服試驗(yàn)機(jī)拉斷，加載速率1kN·s－1，獲得電熱絲斷口樣品，編號(hào)待用。(5)用KYKY2800B型掃描電子顯微鏡對(duì)電熱絲的顯微斷口形貌特征進(jìn)行觀(guān)察和拍照。

2 結(jié)果與討論

2.1 正常使用狀態(tài)下電熱絲的顯微斷口形貌特征

正常使用狀態(tài)下電熱絲受火前的顯微斷口形貌特征為:斷口外貌呈較規(guī)則的圓形，斷口凹凸不平，整個(gè)表面粗糙，有坑洞，呈等軸或撕裂“韌窩花樣”［6］，韌窩底部有細(xì)小孔洞(見(jiàn)圖1a)。正常使用狀態(tài)下電熱絲受火后的顯微斷口形貌特征為:斷口外貌呈不規(guī)則形，斷口凹凸不平加劇，整個(gè)表面更加粗糙，有較大的坑洞出現(xiàn)，呈等軸或撕裂“韌窩花樣”，韌窩底部有孔洞(見(jiàn)圖1b)。正常使用狀態(tài)下電熱絲受火前后的顯微斷口形貌特征雖有所不同，但均為“韌窩花樣”，屬于韌性斷口，無(wú)本質(zhì)區(qū)別。

圖1 正常使用電熱絲的顯微斷口形貌

2.2 通電干燒狀態(tài)下電熱絲的顯微斷口形貌特征

通電干燒狀態(tài)下電熱絲受火前的顯微斷口形貌特征為:斷口外貌近似圓形或橢圓形，斷口比較平整，有較深的裂紋出現(xiàn)，斷口大部分表面比較光滑，呈“河流花樣”或“巖石花樣”，局部有少量“韌窩花樣”，韌窩較小、較淺(見(jiàn)圖2a)。通電干燒狀態(tài)下電熱絲受火后的顯微斷口形貌特征為:斷口外貌呈不規(guī)則形，斷口不平整，有較深的溝槽出現(xiàn)，斷口大部分表面比較光滑，呈“河流花樣”或“巖石花樣”，局部有少量“韌窩花樣”，韌窩較小、較淺(見(jiàn)圖2b)。通電干燒狀態(tài)下電熱絲受火前后的顯微斷口形貌特征雖有所不同，但大部均為“河流花樣”或“巖石花樣”，局部有少量“韌窩花樣”，屬于以脆性斷裂為主的韌脆混合性斷口［7］，無(wú)本質(zhì)區(qū)別。

圖2 通電干燒電熱絲的顯微斷口形貌

2.3 正常使用與通電干燒狀態(tài)下電熱絲的顯微斷口形貌特征比較

從上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出，正常使用與通電干燒狀態(tài)下電熱絲的顯微斷口形貌存在明顯的特征區(qū)別。正常使用狀態(tài)下電熱絲的整個(gè)斷口表面呈等軸或撕裂“韌窩花樣”，與新電熱絲的顯微斷口形貌特征基本相同，屬于韌性斷口;通電干燒狀態(tài)下電熱絲的絕大部分?jǐn)嗫诒砻娉省昂恿骰印被颉皫r石花樣”，局部有少量“韌窩花樣”，屬于以脆性斷裂為主的韌脆混合性斷口。這主要是由于兩種狀態(tài)下電熱絲所承受的溫度不同所造成的［8］。在正常使用時(shí)，有螺旋形電熱絲部分的電熱管全部浸入水中，電熱絲所產(chǎn)生的熱量被水吸收后迅速釋放，電熱管管壁外表面的最高溫度不超過(guò)130℃，此時(shí)電熱絲的實(shí)際工作溫度較低，還不足以使材料內(nèi)部的組織結(jié)構(gòu)發(fā)生明顯變化，進(jìn)而影響到斷口的顯微形貌。而在通電干燒時(shí)，由于空氣為熱的不良導(dǎo)體，電熱絲所產(chǎn)生的熱量不能迅速釋放，電熱管管壁外表面的最高溫度可達(dá)800℃以上，造成電熱絲的實(shí)際工作溫度過(guò)高，導(dǎo)致電熱絲處于過(guò)熱或過(guò)燒狀態(tài)，使材料內(nèi)部的晶粒和晶界粗化，晶界表面氧化、熔化等，其后果是材料的塑性變形能力下降，斷裂性質(zhì)發(fā)生了由韌性斷裂向脆性斷裂的轉(zhuǎn)變，反映在斷口表面上，就會(huì)呈現(xiàn)出以脆性斷裂為主的韌脆混合性斷口或脆性斷口的顯微形貌特征。

2.4 加熱溫度和時(shí)間對(duì)電熱絲顯微斷口形貌的影響

從上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出，對(duì)正常使用和通電干燒狀態(tài)下的熱得快，用800℃的外部熱源加熱30min，尚不能對(duì)電熱管內(nèi)部電熱絲的顯微斷口形貌特征產(chǎn)生本質(zhì)的影響。在實(shí)際火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)中，熱得快通常位于建筑物室內(nèi)地面附近，處于火場(chǎng)溫度較低處，其電熱絲的顯微斷口形貌受火災(zāi)的影響程度較實(shí)驗(yàn)條件會(huì)更小。

3 結(jié)論

通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析討論，可得到以下結(jié)論:(1)在正常使用狀態(tài)下，熱得快電熱絲的整個(gè)斷口表面呈“韌窩花樣”;在通電干燒狀態(tài)下，熱得快電熱絲的絕大部分?jǐn)嗫诒砻娉省昂恿骰印被颉皫r石花樣”，局部有少量“韌窩花樣”。(2)熱得快電熱絲的顯微斷口形貌特征，主要取決于自身電熱作用，一般火場(chǎng)溫度對(duì)其顯微斷口形貌特征的影響較小。(3)熱得快電熱絲的顯微斷口形貌特征，可以作為熱得快在火災(zāi)發(fā)生之前是否處于通電干燒狀態(tài)的判定依據(jù)。

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